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La ‘huella olfativa’: ¿es posible identificar a una persona por su olor?

Por Laura López Mascaraque (CSIC) *

Hace cien años, Alexander Graham Bell (1847-1922) planteaba lo siguiente: “Es obvio que existen muchos tipos diferentes de olores (…), pero hasta que no puedas medir sus semejanzas y diferencias, no existirá la ciencia del olor. Si eres ambicioso para encontrar un tipo de ciencia, mide el olor”. También decía el científico británico: “Los olores cada vez van siendo más importantes en el mundo de la experimentación científica y en la medicina, y, tan cierto como que el Sol nos alumbra, es que la necesidad de un mayor conocimiento de los olores alumbrará nuevos descubrimientos”.

A día de hoy la ciencia continúa investigando el olfato y sus posibles aplicaciones. De momento sabemos, al menos, que detectar y clasificar los distintos tipos de olores puede ser extremadamente útil. El olfato artificial, también llamado nariz electrónica, es un dispositivo que pretende emular al sistema olfativo humano a fin de identificar, comparar y cuantificar olores.

Los primeros prototipos se diseñaron en los años sesenta, aunque el concepto de nariz electrónica surge en la década de los ochenta, definido como un conjunto de sensores capaces de generar señales en respuesta a compuestos volátiles y dar, a través de una adecuada técnica de múltiples análisis de componentes, la posibilidad de discriminación, el reconocimiento y la clasificación de los olores. El objetivo de la nariz artificial es poder medir de forma objetiva (cuantitativa) el olor. Se asemeja a la nariz humana en todas y cada una de sus partes y está formada por un conjunto de sensores que registran determinadas señales como resultados numéricos, y que un software específico interpreta como olores a través de algoritmos.

Los sensores de olores –equivalentes a los receptores olfativos situados en los cilios de las neuronas sensoriales olfativas del epitelio olfativo– están compuestos por materiales inorgánicos (óxido de metal), materiales orgánicos (polímeros conductores) o materiales biológicos (proteínas/enzimas). El uso simultáneo de estos sensores dentro de una nariz electrónica favorece la respuesta a distintas condiciones.

Comentábamos en otro texto en este mismo blog cómo se puede utilizar el olfato, y en particular el artificial, en el área de la medicina (mediante el análisis de aliento, sudor u orina), para el diagnóstico de enfermedades, sobre todo infecciones del tracto respiratorio. De hecho, en la actualidad se está estudiando la posibilidad de desarrollar y aplicar narices electrónicas para detectar la presencia o no del SARS-CoV-2 en el aliento de una persona, y ayudar así en el diagnóstico de la Covid-19. Pero lo cierto es que su desarrollo podrá tener otras muchas aplicaciones: seguridad (detección de explosivos y drogas, clasificación de humos, descubrimiento de agentes biológicos y químicos), medioambiente (medición de contaminantes en agua, localización de dióxido de carbono y otros contaminantes urbanos o de hongos en bibliotecas), industria farmacéutica (mal olor de medicamentos, control en áreas de almacenamiento) y agroalimentación (detección de adulteración de aceites, maduración de frutas, curación de embutidos y quesos).

De la ‘huella olorosa’ a la odorología criminalística

Las nuevas generaciones de sensores también pueden servir para detectar ese olor corporal personal conocido como huella aromática u olfativa. Esta podría llegar a identificar a una persona como ocurre con la huella digital. Helen Keller (1880-1968) esbozó la idea de que cada persona emite un olor personal, como una huella olfativa única e individual. Para ella, que se quedó sordociega a los 19 meses de edad a causa de una enfermedad, esta huella tenía un valor incalculable y le aportaba datos como el oficio de cada una de las personas con las que tenía relación. Y no se trata del perfume, sino que cada uno de nosotros tenemos un olor particular, un patrón aromático, compuesto por secreciones de la piel, flora bacteriana y olores procedentes de medicamentos, alimentos, cosméticos o perfumes. Este patrón podría emplearse, en el futuro, para la identificación personal e incluso en investigación criminalística para la localización de delincuentes.

 

Ilustración de Lluis Fortes

Ilustración de Lluis Fortes

La odorología criminalística es una técnica forense que utiliza determinados medios y procedimientos para comparar el olor de un sospechoso con las muestras de olor recogidas en el lugar del crimen. De hecho, en algunos países se permite usar como prueba válida la huella del olor. Así mismo, científicos israelíes están desarrollando una nariz electrónica que pueda detectar la huella aromática de seres humanos a nivel individual como si se tratase de una huella digital. Este olor particular está determinado genéticamente y permanece estable a pesar de las variaciones en el ambiente y la dieta. Por tanto, el olor proporciona un rastro reconocible de cada individuo que puede detectarse por la nariz, por un animal entrenado o utilizando instrumentos químicos más sofisticados.

Las narices electrónicas están todavía lejos de imitar el funcionamiento del olfato humano, pero para algunas aplicaciones este último tiene algunos inconvenientes, como la subjetividad en la percepción olfativa, la exposición a gases dañinos para el organismo o la fatiga y el deterioro que implica la exposición constante a estas pruebas. Por tanto, las narices electrónicas resultan un mecanismo rápido y confiable para monitorizar de forma continua y en tiempo real olores específicos.

* Laura López Mascaraque es investigadora del Instituto Cajal del CSIC y autora, junto con José Ramón Alonso, de la Universidad de Salamanca, del libro El olfato de la colección ¿Qué sabemos de? (CSIC -Catarata).

 

 

Ciencia online: más de 100 conferencias de divulgación del CSIC para ver en casa

Por Mar Gulis (CSIC)

¿Por qué el cambio climático es un problema urgente? ¿De qué está hecho el universo? ¿Cómo se extinguieron los Neandertales? ¿Tiene la vida un origen extraterrestre? Estos días de confinamiento suponen una excelente oportunidad para saciar tu curiosidad científica. Las más de 100 charlas para todos los públicos que el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ofrece en sus canales online te ayudarán a buscar respuestas a estas y otras muchas preguntas. Además, te permitirán conocer los últimos avances de la ciencia por boca de investigadores e investigadoras que trabajan en una gran variedad de campos, como la demografía, la biología, la geología o la física teórica.

Fernando Valladares

Fernando Valladares, investigador del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC), en una de sus charlas sobre cambio climático.

Del universo a las partículas elementales

Si lo que te interesa son los meteoritos, las estrellas o la vida extraterrestre, puedes asomarte al impresionante catálogo de conferencias del Ciclo Lucas Lara, organizado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC). En ellas no solo oirás hablar de astronomía, sino también de asuntos como la inteligencia artificial, el dolor o los mosaicos de La Alhambra.

En caso de que te vaya más la física ‘pura y dura’, las conferencias del Instituto de Física Teórica (IFT-CSIC/UAM) no te defraudarán. El bosón de Higgs y el misterio de la masa, el fin del espacio-tiempo o las misteriosas propiedades de los neutrinos son solo algunas de las muchísimas cuestiones tratadas en ellas. De todas formas, la física del CSIC no se agota aquí. En esta misma área del conocimiento, tampoco puedes perderte las charlas del Instituto de Física Fundamental (IFF-CSIC), que se ocupan de temas como la antimateria, los mitos de la física cuántica o la computación cuántica.

La investigadora Laura López-Mascaraque, del Instituto Cajal (IC-CSIC), habla de la ruta de los aromas de la nariz al cerebro en el ciclo ‘¿Qué sabemos de?’.

Para saber de todo

Para quienes no tengan tan definida una temática de interés, el ciclo Jam Science ofrece la oportunidad de ver a investigadores e investigadores de perfil muy diverso hablando de su trabajo en un ambiente muy distendido: nada más y nada menos que un bar. Organizada por la científica del CSIC Carmen Fernández, esta iniciativa ha abordado cuestiones como el enigma de los Neandertales, el posible origen extraterrestre de la vida en nuestro planeta, la exploración antártica o la importancia de las vacunas. Los vídeos de estas charlas están disponibles en los canales de Youtube DC SciCommAgora Mundi Ciencia.

Otro ciclo de contenido científico amplio que te permitirá aumentar tus conocimientos son las Friday Talks. ‘Música y neurociencia’, ‘Un nuevo océano en la era del plástico’ o ‘Gatos y tigres… ¿bajo el mar?’ son títulos de algunas de las intervenciones recogidas por esta propuesta del Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC).

Y aún hay más. ¿Qué somos capaces de hacer editando genes? ¿Cómo sabe el cerebro lo que la nariz huele? ¿Se va a convertir la Comunidad Valenciana en un desierto? Estos interrogantes sirven de partida a tres de las conferencias del ciclo ‘¿Qué sabemos de?’ con el que la Delegación del CSIC en Valencia te propone indagar en las claves científicas del bienestar.

Los Neandertales son el eje de esta charla de Antonio Rosas, del MNCN-CSIC, en el ciclo Jam Science.

Cambio climático y geología

Volviendo a temáticas más específicas, el investigador del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN-CSIC) Fernando Valladares te invita a reflexionar sobre el cambio climático y los desafíos que plantea en su serie de vídeos La salud de la humanidad, en la que intercala conferencias con varias piezas informativas de elaboración propia. Y en una línea similar, Daniel García-Castellanos, del Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera (ICTJA-CSIC), comparte su pasión por la geología en sus charlas sobre megainundaciones, tectónica de placas y erosión del suelo.

Y para terminar, puedes darte una vuelta por los ciclos Demografía hoy y ¿Qué sabemos del arte rupestre?, así como los seminarios de la Estación Biológica de Doñana. Estos vídeos, de contenido algo más especializado que los anteriores, te permitirán profundizar en las cuestiones que tratan.

Como ves, tienes muchas conferencias para elegir. ¿Por cuál quieres empezar?

Si quieres conocer más recursos del CSIC para aprender ciencia desde casa, pincha aquí.

¿Cómo detectamos el ‘umami’ y otros sabores?

Por Laura López Mascaraque* y Mar Gulis

Cierra los ojos. Piensa en algo ácido. ¿Qué te viene a la mente? ¿Un limón, una naranja? Seguro que también visualizas rápidamente alimentos asociados a sabores dulces, salados y amargos. Pero, ¿puedes pensar en el sabor umami? Probablemente muchas personas se quedarán desconcertadas ante la pregunta, por desconocer la existencia de este quinto sabor o no identificar los alimentos vinculados al mismo. Aquí van algunos ejemplos: el queso parmesano, las algas, la sopa de pescado y la salsa de soja comparten este sabor, que se suma a los otros cuatro clásicos: dulce, salado, ácido y amargo.

El sabor umami es típico de la cocina asiática, en la que son habituales sopas que cuentan con soja y algas entre sus ingredientes / Zanpei

En 1908 el japonés Kikunae Ikeda descubrió el umami. Químico de la Universidad Imperial de Tokio, eligió esta palabra, que proviene del japonés y significa “buen sabor”, “sabroso” o “delicioso”, para designar su hallazgo. Ikeda dedujo que el glutamato monosódico era el responsable de la palatabilidad del caldo del alga kombu y otros platos. De hecho, el umami es característico de cocinas como la japonesa, la china, la tailandesa y también la peruana, donde se conoce como ajinomoto. El glutamato monosódico es un compuesto que se deriva del ácido glutámico, uno de los aminoácidos no esenciales más abundantes en la naturaleza (se denominan no esenciales porque el propio cuerpo los puede sintetizar, es decir, fabricar).

Pero, ¿cómo detectamos el umami? ¿O por qué decimos que algo está demasiado salado o dulce? ¿Qué proceso fisiológico desencadena estas percepciones? La mayor parte de lo que llamamos sabor tiene que ver, en realidad, no con el gusto, sino con el olfato. Por eso los sabores parecen desvanecerse cuando estamos resfriados. Juntos, el olfato y el gusto constituyen los denominados sentidos químicos, pues funcionan mediante la interacción directa de ciertos compuestos químicos con receptores situados en el epitelio olfatorio, localizado en la parte superior de la nariz, y las papilas gustativas, situadas en la lengua.

El olor llega al cerebro por dos vías; una directa y ortonasal y la otra indirecta o retronasal. La primera se da cuando inhalamos directamente a través de la nariz. La otra, cuando, al masticar o tragar el alimento, se liberan moléculas que alcanzan la cavidad nasal desde la boca (vía retronasal), es decir, cuando exhalamos. Con la masticación y la deglución, los vapores de las sustancias ingeridas son bombeados en la boca por movimientos de la lengua, la mandíbula y la garganta hacia la cavidad nasal, donde se produce la llamada percepción olfativa retronasal. Así, gran parte de las sensaciones percibidas en alimentos y bebidas se deben al olfato.

Las sensaciones gustativas las percibimos a través de las miles de papilas gustativas que tenemos en la lengua / Pixabay

Por otra parte, ciertos alimentos considerados irritantes (condimentos picantes, quesos muy fuertes, etc.) pueden ser percibidos como olores/sabores a través del sistema quimiosensitivo trigeminal, con receptores localizados en la cavidad nasal y la boca.

En resumen, los receptores del olfato, el gusto y el nervio trigémino contribuyen al sabor, que se define por la suma de tres sensaciones: olfativas, gustativas y trigeminales. Las olfativas se perciben por la nariz desde concentraciones muy bajas y son las más variadas y complejas. Las gustativas lo hacen gracias a los receptores de la lengua y el paladar, localizados en las aproximadamente 5.000-10.000 papilas gustativas, que conducen información de la composición química de los alimentos hacia una parte del cerebro especializada en interpretar estos mensajes de acuerdo a las cinco cualidades gustativas básicas que mencionábamos al principio: salado, dulce, amargo, ácido y umami.

Cada uno de estos sabores puede asociarse a una o varias sustancias químicas caracterizadas por tener fórmulas y propiedades específicas que permiten su reconocimiento. Por ejemplo, los ácidos, como el zumo de limón o el vinagre, liberan iones de hidrógeno y, por lo tanto, presentan sabor ácido, mientras que la sal de cocina libera iones sodio y cloruro y, así, manifiesta sabor salado. Lo mismo les sucede a las moléculas de glucosa o azúcar con el dulce, a las del café o el bíter que libera alcaloides con el amargo, y al glutamato monosódico y otros aminoácidos con el umami. Actualmente se investiga la posibilidad de que existan receptores específicos en la lengua para reconocer el sabor de la grasa y el de las harinas o el almidón (sabor starchy).

En cuanto a las sensaciones trigeminales, estas se perciben en las terminaciones del nervio trigémino de la nariz y la boca a través de bebidas y alimentos que producen una sensación de irritación (picor, frío…). Por tanto, cuando hablamos de percepción del sabor, nos referimos a una respuesta conjunta de señales que provienen del olfato, del gusto y del trigémino, combinadas con otras características físicas como la textura, la temperatura y la presión.

 

* Laura López Mascaraque es investigadora del Instituto Cajal  del CSIC y autora, junto con José Ramón Alonso de la Universidad de Salamanca, del libro El olfato de la colección ¿Qué sabemos de?, disponible en la Editorial CSIC y Los Libros de la Catarata.

¿Qué le pasa a tu cerebro cuando haces ejercicio? Ojo, no todo son ventajas

Por José Luis Trejo (CSIC)*

La Grecia clásica ya sabía de los beneficios del ejercicio físico para el cuerpo y para la mente, y hoy día todo el mundo es consciente de los perjuicios del sedentarismo. El ejercicio mejora la capacidad de aprendizaje, es antidepresivo, ansiolítico, y favorece la formación de nuevas neuronas en el área cerebral dedicada a la memoria. Sin embargo, pocas personas son conscientes de que no todo ejercicio es bueno para la salud. El ejercicio físico moviliza una serie de moléculas de nuestro cuerpo que, una vez entran en el cerebro y activan las células diana, producen efectos que explican todas estas ventajas y desventajas.

En cuanto a los beneficios del ejercicio, su práctica incrementa la cantidad de los llamados ‘factores de crecimiento’, una gran familia de moléculas que se liberan en sangre durante la actividad. Mejoran la irrigación sanguínea en las zonas activas del cerebro, aumentan el número de conexiones neuronales (o sinapsis), el número de ramificaciones de las células neurales (conocidas como dendritas) y la división de células madre neurales, responsables de generar nuevas neuronas en el hipocampo del individuo adulto. Todo ello contribuye a que la conectividad nerviosa mejore y se incremente la eficiencia del cerebro, es decir, nos ayuda a que pensemos mejor. Ejercitar tanto el cuerpo como el cerebro mejora la salud de ambos. La máxima mens sana in corpore sano es cierta, la actividad cognitiva unida a la actividad física no solo incrementa la división sino también la conectividad de las nuevas neuronas, y ahora, además, sabemos cómo sucede.

XXXVII Carrera de la Ciencia organizada por el CSIC./ Eliezer Sánchez.

Averiguar estos detalles ha requerido investigar con animales de experimentación. Gracias a estudios relacionados con la neurobiología del ejercicio hemos sabido que la actividad que más efectos beneficiosos conlleva es el ejercicio físico sumado a la actividad cognitiva. En los animales de experimentación esto se conoce como enriquecimiento ambiental. Examinar la memoria y el estado de ánimo de un animal de laboratorio no es tarea sencilla. Para ello los neurobiólogos han tenido que diseñar tests específicos que no causen ningún estrés ni malestar en los animales, pero que sirvan para analizar su estado de ánimo y su capacidad cognitiva. Con este propósito, se han refinado los métodos para analizar cómo los factores de crecimiento ejercen su acción sobre las neuronas, y han aparecido marcadores de las nuevas neuronas que nos permiten su detección y seguimiento.

Gracias a estas nuevas herramientas se ha determinado, por ejemplo, que un animal ejercitado es capaz de distinguir dos objetos muy parecidos, pero en realidad diferentes, con mayor exactitud que un animal sedentario. También se ha demostrado que tras el ejercicio, el miedo que el animal siente ante los espacios abiertos y desconocidos se reduce, y le permite aventurarse a explorarlos sin ansiedad. Todos estos efectos son mediados por los factores de crecimiento. De hecho, la administración de dichos factores por sí solos a animales sedentarios ha producido los mismos beneficios sin necesidad de ejercicio.

Estos hallazgos abren la posibilidad de que los factores de crecimiento (como decíamos, la familia de moléculas que se liberan en sangre durante la actividad física) pudieran usarse como farmacomiméticos del ejercicio en personas que no pueden hacerlo por una u otra razón. Sin embargo, no son las únicas moléculas que participan en los efectos beneficiosos de la actividad física, y además aún no se conocen todas, así que el mensaje para todos aquellos que sí pueden hacer ejercicio es que comiencen de inmediato a practicarlo, pero con una nota de cautela.

Desventajas del ejercicio físico

Lo mencionábamos al principio. ¿Todo el ejercicio es bueno?, ¿cuánto más, mejor? Si el ejercicio es extenuante, además de los citados factores de crecimiento, se acabarán liberando hormonas del estrés, que también entrarán en el cerebro y se dirigirán a las mismas células neurales, produciendo los consabidos efectos perjudiciales cuando el estrés tiene lugar de manera continuada en el tiempo. Por decirlo rápidamente: la intensidad del ejercicio es la que marca si su práctica es beneficiosa o perjudicial. Cuando un mismo estímulo es beneficioso a baja intensidad y se torna perjudicial a altas intensidades decimos que tiene una curva de respuesta dual. Este fenómeno se denomina hormesis y varía en cada persona. Esto significa que el estímulo es el mismo, pero es su intensidad, moderada o extenuante, la que determina si los efectos son beneficiosos o perjudiciales, respectivamente. La baja exposición al estímulo (en este caso ejercicio) produce cierto efecto, mientras que mucha exposición produce el efecto contrario, o ningún efecto.

 

El gráfico, en forma de U invertida, muestra cómo los efectos positivos se acumulan a medida que incrementamos la intensidad del ejercicio, llegan a un punto máximo, y a continuación, aunque aumente la intensidad, éstos empiezan a perderse hasta llegar a un punto similar a la situación de partida./ Nutrition Journal.

Desde tiempo inmemorial se ha sabido que el ejercicio es bueno, pero también se alaba la virtud del término medio, o aurea mediocritas de Aristóteles. Así pues, el ejercicio moderado, no extenuante, nos puede hacer más listos, más felices, ¡y con más neuronas!

José Luis Trejo es investigador en el Instituto Cajal del CSIC.